WCDMA系統(tǒng)概述(2003-12-12方宗平修改)

WCDMA系統(tǒng)概述1華為機密，未經許可不得擴散前言現在在移動通信領域最流行的一個詞就是：3G！那么什么是3G？3G究竟能給我們帶來什么樣的精彩生活？今天我們就一起來認識一下3G！2華為機密，未經許可不得擴散課程目標了解移動通信系統(tǒng)的發(fā)展與演進

了解IMT-2000的一些基本知識；掌握CDMA技術相比其它多址技術的優(yōu)點；了解WCDMAFDD模式的技術特點學習完本課程，您將能夠：3華為機密，未經許可不得擴散課程內容

T第一章CDMA原理概述第二章覆蓋增強技術第三章無線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術特點4華為機密，未經許可不得擴散CDMA原理概述無線傳播環(huán)境多址技術和雙工技術CDMA原理和Rake接收機5華為機密，未經許可不得擴散多徑環(huán)境時間接收信號強度發(fā)射信號6華為機密，未經許可不得擴散衰落發(fā)射數據接收數據7華為機密，未經許可不得擴散衰落距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落8華為機密，未經許可不得擴散頻率選擇性衰落窄帶系統(tǒng)大衰落發(fā)射信號接收到的衰落信號頻率頻率強度強度大衰落發(fā)射信號接收到的衰落信號頻率頻率強度強度寬帶系統(tǒng)9華為機密，未經許可不得擴散移動信道的多徑特征電磁傳播－反射、散射和繞射無線環(huán)境中的信號衰減分成三部分：幅度衰減較大的路徑損耗伴隨中等幅度衰減的具有對數正態(tài)分布特性的慢變化成分－大尺度變化衰減幅度較小的快變化成分－小尺度衰落兩類典型小尺度衰落包絡分布的描述方法瑞利分布（非視距傳播）萊斯分布（視距傳播）10華為機密，未經許可不得擴散無線信道模型高斯噪聲信道模擬當前徑權重接收信號發(fā)射信號信道模擬當前徑權重信道模擬當前徑權重信道模擬當前徑權重11華為機密，未經許可不得擴散典型無線移動信道的分類靜態(tài)信道（static）戶內信道戶外到戶內人行道信道車載信道移動信道（moving）生死信道（birth-death）12華為機密，未經許可不得擴散CDMA原理概述無線傳播環(huán)境多址技術和雙工技術CDMA原理和Rake接收機13華為機密，未經許可不得擴散多址技術：時分多址頻分多址碼分多址雙工技術：時分雙工頻分雙工多址技術與雙工技術14華為機密，未經許可不得擴散頻率時間TDMA時間頻率FDMA頻率時間碼字CDMA傳統(tǒng)多址技術碼分多址技術（直接擴頻方式）多址技術圖示15華為機密，未經許可不得擴散碼分多址（CDMA）多用戶共享同一頻率，頻譜利用率大大提高；CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)－系統(tǒng)內用戶存在互相之間的干擾；CDMA系統(tǒng)的用戶容量是軟容量，當用戶數目增加時，對所有用戶而言，系統(tǒng)性能下降；相應當用戶數目減少時，系統(tǒng)性能提高；16華為機密，未經許可不得擴散CDMA的幾種不同形式直接擴頻碼分多址（DS－CDMA）多用戶完全同一時間、同一地點占用同一頻率資源可以使用RAKE接收技術；利用宏空間分集，多個基站同時監(jiān)聽；實現軟切換，大大降低切換掉話率，提升服務質量。跳頻碼分多址（FH－CDMA）單一用戶單一時刻占用的頻譜帶寬較窄，占用頻率隨時間變化按一定規(guī)律跳變，跳變規(guī)律由地址碼確定。跳時碼分多址（TH－CDMA）單一用戶不定時占用較寬的頻譜，占用的時間按一定規(guī)律改變，時間改變的規(guī)律由地址碼確定。17華為機密，未經許可不得擴散CDMA示意圖18華為機密，未經許可不得擴散CDMA系統(tǒng)基本框圖信源編碼信道編碼擴頻調制信源譯碼信道譯碼解擴解調無線信道19華為機密，未經許可不得擴散簡單的CDMA發(fā)射接收機框圖DS－CDMA信號發(fā)射/接收機20華為機密，未經許可不得擴散CDMA原理概述無線傳播環(huán)境多址技術和雙工技術CDMA原理和Rake接收機21華為機密，未經許可不得擴散幾個為什么為什么CDMA系統(tǒng)更加抗干擾？為什么CDMA系統(tǒng)更加保密？為什么CDMA手機更加環(huán)保？22華為機密，未經許可不得擴散碼字的自相關和互相關不同用戶采用不同的擴頻碼字x1(t)，x2(t)…其自相關特性決定了多徑干擾特性其互相關特性決定了多址干擾特性自相關函數R(τ)=<x1(t)，x1(t+τ)>互相關函數V(τ)=<x1(t)，x2(t+τ)>23華為機密，未經許可不得擴散CDMA的碼生成技術隨機序列（貝努利序列）0和1個數各一半1或者0連續(xù)個數的概率，連續(xù)一個為1/2，連續(xù)兩個為1/4，連續(xù)三個為1/8，…移位序列和原序列有一半相同，另一半不同m序列由移位寄存器生成是最大長度的線性移位寄存器序列，周期是2n-1（n為移位寄存器長度）其自相關函數只有一個最大值（延遲為零處），其他均為-1，單值性符合貝努利序列性質24華為機密，未經許可不得擴散Gold序列Gold序列由兩個優(yōu)選的m序列異或而成自相關函數有多值，沒有m序列好比m序列多得多由于Gold序列具有良好的自相關性質，用于碼分多址中區(qū)分基站和用戶良好的自相關性質決定了其分段序列之間互相關很小，可以用于區(qū)分用戶，進行多址25華為機密，未經許可不得擴散Gold序列生成Gold序列的隨機性好，符合偽隨機序列的特性0和1發(fā)生的相對頻率各為1/2，連續(xù)出現0或1的概率小，用于加擾26華為機密，未經許可不得擴散OVSF&WalshOVSF碼的互相關為零，相互完全正交。Walsh與OVSF碼一樣27華為機密，未經許可不得擴散擴頻因子與業(yè)務速率符號速率×擴頻因子＝碼片速率如WCDMA，碼片速率＝3.84MHz，擴頻因子＝4，則符號速率＝960Kbps；cdma2000-1x，碼片速率＝1.2288MHz，擴頻因子＝64，則符號速率＝19.2Kbps；符號速率＝（業(yè)務速率＋校驗碼）×信道編碼×重復或打孔率如WCDMA，業(yè)務速率＝384Kbps，信道編碼＝1/3Turbo碼，符號速率＝960Kbps；cdma2000-1x，業(yè)務速率9.6Kbps，信道編碼＝1/3卷積碼，符號速率＝19.2Kbps；28華為機密，未經許可不得擴散擴頻與解擴（DS-CDMA）擴頻解擴碼片符號數據擴頻碼擴頻信號=數據×碼字擴頻碼數據=擴頻信號×碼字1-11-11-11-11-129華為機密，未經許可不得擴散擴頻與解擴（DS-CDMA）期望信號其他用戶信號期望的擴頻信號擴頻碼解擴后的數據其他擴頻信號積分后的其他信號1-11-11-18-81-18-8解擴后的其他信號相關接收機的基本操作積分后的數據處理增益30華為機密，未經許可不得擴散CDMA寬帶擴頻技術有效地利用無線信道的頻率選擇性衰落擴頻碼擴頻碼信號合并CDMA過程中的頻譜變化窄帶信號fP(f)寬帶信號P(f)f噪聲P(f)f噪聲+寬帶信號P(f)f信號與噪聲分離P(f)f31華為機密，未經許可不得擴散Rake接收機32華為機密，未經許可不得擴散采用RAKE接收機，有效利用了信道相干時間形成的時間分集效應；寬帶傳輸系統(tǒng)，利用了信道的頻率分集效果碼字的多址傳輸，利用了多用戶分集的效果信號在信道中傳輸功率低，降低了干擾，提高了保密性擴頻因子靈活變換，有助于多媒體等多速率并發(fā)業(yè)務的傳輸頻譜效率高，優(yōu)于以往的AMPS和GSM，頻率復用系數WCDMA為1，GSM為1～18。支持軟切換和更軟切換支持新技術的應用，如多用戶檢測WCDMA有下行發(fā)射分集，而GSM沒有CDMA在無線信道中傳輸的優(yōu)勢33華為機密，未經許可不得擴散課程內容

T第一章CDMA原理概述第二章覆蓋增強技術第三章無線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術特點34華為機密，未經許可不得擴散覆蓋增強技術分集技術智能天線技術多用戶檢測技術35華為機密，未經許可不得擴散是通過自然界無線傳播環(huán)境中的獨立（或至少高度不相關）多徑信號來實現的相對投資低廉克服小尺度衰落（由移動臺附近物體的復雜反射引起），可以采用雙天線接收分集克服大尺度衰落（由于周圍環(huán)境地段和地物的差別而導致的陰影區(qū)引起），可以選擇一個所發(fā)信號不在陰影區(qū)的基站－位置選擇發(fā)射分集發(fā)射分集技術還用來提高無線通信中單用戶的峰值吞吐率分集技術36華為機密，未經許可不得擴散空間分集空間發(fā)射分集空間接收分集極化分集：利用水平分量和垂直分量的不相關性頻率分集：寬帶信號時間分集：以超過信道相干時間的時間間隔重復發(fā)射信號，RAKE接收機，認為：一個碼片時間>信道的相關時間分集技術37華為機密，未經許可不得擴散最大比合并在接收端由N個分集支路，經過相位調整后，按照適當的增益系數，同相相加，在送入檢測器進行監(jiān)測等增益合并在接收端由N個分集支路，經過相位調整后，按照相等的增益系數，同相相加，在送入檢測器進行監(jiān)測選擇性合并在N個分集支路中選擇具有最大信噪比的支路作為輸出分集接收合并技術38華為機密，未經許可不得擴散前向鏈路容量是當前CDMA蜂窩系統(tǒng)容量的瓶頸，WCDMA標準在發(fā)射分集上的應用上進行了深入的研究，提出了新的發(fā)射分集方案，提高前向鏈路容量；開環(huán)發(fā)射分集基于時空塊編碼的發(fā)射天線分集（STTD）SCH上的時間切換傳輸分集（TSTD）閉環(huán)發(fā)射分集，FBI域WCDMA的發(fā)射分集39華為機密，未經許可不得擴散基于時空塊編碼的發(fā)射天線分集40華為機密，未經許可不得擴散SCH上的時間切換傳輸分集41華為機密，未經許可不得擴散閉環(huán)發(fā)射分集42華為機密，未經許可不得擴散不同多徑分集的接收效果43華為機密，未經許可不得擴散覆蓋增強技術分集技術智能天線技術多用戶檢測技術44華為機密，未經許可不得擴散現有結果：(Arraycomm，京瓷)針對DCS-1800和PHS的產品，提高覆蓋范圍230%降低要求基站數目70%，平均降低成本40%實現關鍵：多波束形成技術自適應干擾抑制技術空時二維的RAKE接收技術多通道的信道估計和均衡技術智能天線研究45華為機密，未經許可不得擴散降低來自其他方向的干擾，提高所需信號方向的接收靈敏度擴大基站的覆蓋范圍，改善信號的傳輸質量智能天線原理46華為機密，未經許可不得擴散全向小區(qū)三扇區(qū)小區(qū)智能天線小區(qū)智能天線的小區(qū)配置47華為機密，未經許可不得擴散智能天線可以對高速率用戶進行波束跟蹤，起到空間隔離、消除干擾的作用；大大增加系統(tǒng)容量；增加覆蓋范圍，改善建筑物中和高速運動時的信號接收質量；提高信號接收質量，降低掉話率，提高語音質量；減少發(fā)射功率，延長移動臺電池壽命；提高系統(tǒng)設計時的靈活性。智能天線的優(yōu)點48華為機密，未經許可不得擴散對智能天線支持的分析WCDMA標準能夠更好的支持智能天線技術49華為機密，未經許可不得擴散覆蓋增強技術分集技術智能天線技術多用戶檢測技術50華為機密，未經許可不得擴散當前的CDMA接收機基于RAKE原理，將其他用戶的干擾視為噪聲基于RAKE的CDMA系統(tǒng)的容量受干擾的限制最優(yōu)接收機是聯(lián)合檢測所有的信號，并將其他用戶的干擾從期望的信號中減去（信號的相干特性是已知的，干擾是確定的）多用戶檢測（MUD）稱為聯(lián)合檢測和干擾對消，降低了多址干擾，從而提高系統(tǒng)的容量多用戶檢測可以有效緩解遠近效應問題多用戶檢測技術51華為機密，未經許可不得擴散本章小結問題：為什么CDMA系統(tǒng)更加抗干擾？為什么CDMA系統(tǒng)更加保密？為什么CDMA手機更加環(huán)保？答案要點：CDMA解擴過程產生擴頻增益空中傳輸信號能量低，不易被發(fā)現；擴頻碼的保密作用空中傳輸信號能量低，對其它系統(tǒng)的干擾比較小。52華為機密，未經許可不得擴散課程內容

T第一章CDMA原理概述第二章覆蓋增強技術第三章無線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術特點53華為機密，未經許可不得擴散無線資源管理綜述RRM－RadioResourceManagementWCDMA系統(tǒng)是一個自干擾的系統(tǒng)，功率的使用在CDMA系統(tǒng)中是矛盾的：提高針對某用戶的發(fā)射功率能夠改善該用戶的服務質量QoS另一方面，由于CDMA系統(tǒng)的自干擾性，這種提高會帶來對其他用戶干擾的增加，從而導致接收質量的降低功率是最終的無線資源，最有效地使用無線資源的唯一手段就是嚴格控制功率的使用。RRM無線資源管理的工作就是結合QoS（QualityofService）目標對功率進行管理。54華為機密，未經許可不得擴散RRM的目的RRM的目的：保證CN所請求的QoS增強系統(tǒng)的覆蓋提高系統(tǒng)的容量55華為機密，未經許可不得擴散RRM的任務信道配置：為了保證CN所請求的QoS，需要將QoS映射成接入層的一些特性，從而利用接入層的資源為本連接服務。功率控制：在保證CN所請求的QoS的前提下，使用戶的發(fā)射功率最小，從而減少該UE對于整個系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)的容量和覆蓋。移動性管理：在UE移動時繼續(xù)維持QoS負載控制：接入一定數量的UE后，需要確保整個系統(tǒng)的負載保持在穩(wěn)定的水平，以保證系統(tǒng)中每條連接的QoS

。貫穿整個RRM過程的主線：保證QoS，節(jié)約功率56華為機密，未經許可不得擴散RRM的運行機制無線資源管理或控制的運行機制：按照各算法功能的具體需求進行配置（包括信道參數配置和測量控制的配置）；獲取測量報告，了解當前的無線資源狀況；對當前的測量報告所表征的當前無線資源狀況和當前的連接現狀進行判斷，作出相應的無線資源調整命令（如切換判決、切換參數調整、信道重配置、目標SIR調整、接入參數調整等）57華為機密，未經許可不得擴散本章小結本章主要介紹了：主要介紹了無線資源管理算法的基本原理、目的、任務及運行機制。58華為機密，未經許可不得擴散課程內容

T第一章CDMA原理概述第二章覆蓋增強技術第三章無線資源管理概述第四章WCDMAFDD的技術特點59華為機密，未經許可不得擴散WCDMAFDD模式技術規(guī)范調制方式：上行：QPSK；下行：QPSK語音編碼：AMR信道編碼：卷積碼和Turbo碼解調方式：導頻輔助的相干解調發(fā)射分集方式：TSTD、STTD、FBTD功率控制：上下行閉環(huán)功率控制，開環(huán)功率控制基站同步方式：支持異步和同步的基站運行信號帶寬：5MHz；碼片速率：3.84Mcps60華為機密，未經許可不得擴散WCDMA與GSM空中接口的主要區(qū)別WCDMA

GSM載波間隔5MHz200KHz